垂直循环立体车库抗风稳定性研究

赖颖东

摘  要：该文研究机械式立体停车设备中的垂直循环型抗风性能，通过分析在风力作用下立体车库的受力状况，对车库的抗风性能进行校核，特别是应对极端天气环境，如台风、短时大风等，验证其强度是否能保证，防止立体车库发生倾覆事故，保障车库的安全运行。笔者从自身实际工作出发，通过对垂直循环立体停车库抗风稳定性的研究，提出相应的保证设备安全运行的一些建议。

关键词：垂直循环立体停车库  抗风性能  机械强度校核

中图分类号：TP273   文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）06（b）-0029-02

随着我国经济的不断发展，拥有一辆汽车对于中国很多家庭来说已经不是难事了。伴随着汽车保有量的不断提升，停车难问题也日益凸显。中国的大城市中停车位紧缺的矛盾也不断变得尖锐起来。以深圳为例，从2003年至2015年，深圳的机动车保有量从20万台猛增至320万台，而相应的登记经营性停车场有4200多家，等级停车位近100万个，存在巨大的停车位缺口，这相当于每3台汽车只有1个停车位。作为停车难问题的一个解决方案，机械式立体停车设备具有许多优点：节约用地、操作方便、存取车快、省电节能、投资成本小等，这使得机械式立体停车设备的推广使用得到了迅速的发展。

垂直循环式立体车库是一种很适合无地下车库的老旧小区的机械式立体停车设备，其特点为：（1）占地少，两个泊位面积可6～12辆汽车;（2）外装修可只加顶棚，消防可以利用消防栓;（3）价格低，地基、外装修、消防方面投入比较少，建设周期短;（4）可自动控制，安全可靠[1]。但是作为露天设备，垂直循环立体车库受到风载荷的影响巨大，特别是像深圳这样的沿海城市，每当台风来临，都是对这类车库的严峻考验。

1  作用于车库本体结构上的风载荷

风载荷一般处于水平状态施加在车库上，风压与风速成平方关系：

q=V?/16 （1）

式中：q为风的压力（10N/m?）;V为风的速度（m/s）。

风力等级越高，风压越大，其大小直接影响着车库的正常工作，我们取台风的风速折算出风压1280N/m2。

对一套12个停车位的垂直循环立体车库，每个车位的额定载荷是2t，对应的部件迎风受力计算公式如下：

F=ψF轮 （2）

F轮为起重机的组成部分的轮廓面积在垂直于风向平面上的投影来计算（m2）;ψ为起重机金属结构或机构的充满系数即结构或机构的净面积与其轮廓面积之比，通常结构形式的ψ值为：

（1）由型钢或钢板制成的桁架或空腹结构：ψ=0.2～0.6。

（2）管子桁架结构（无斜杆桁架取小值）：ψ=0.2～0.4。

（3）实体板结构：ψ=1。

（4）机构：ψ=0.8～1.0。

整理后一套垂直循环车库风载荷如表1所示。

经计算，得出车库整体所受风载荷为F风载=12837N。

当垂直循环车库一侧停满车辆，即停了7台车辆时，为最大偏载，是最不利工况。此时所停车辆所承受的风载荷为F车=63013N。

2  作用在车库上的动载荷

当车库开始运作时，载荷的惯性力会使起升载荷出现动载增大的作用，该效应用一个大于1的起升动载系数Φ2乘以额定起升载荷PQ来考虑[2]。

起升动载系数Φ2与稳定起升速度νq和起升状态级别有关，其值可以由实验或分析確定，也可以按下式计算：

Φ2=Φ2min+β2νq （3）

Φ2min为与起升级别相对应的起升动载系数的最小值，这里取1.05。

β2为按起升状态级别设定的系数，这里取0.17。

νq为稳定起升速度，这里νq=0.25m/s。

最后计算的出动载荷为F动载=152600N。

立体车库稳定性的力矩如图1所示。

3  最大偏载状态下的倾覆力矩

车库在风载作用下产生的倾覆力矩M风载=100129Nm。

动载产生的倾覆力矩M动载=579880Nm。

4  校验地脚螺栓强度

4.1 车库空载下强度校核

作用在地脚螺栓上的拉力F螺栓=26350N。

该拉力平均作用在3个M27的螺栓上，螺栓有效横截面积S螺栓=459mm2，则每个螺栓的应力σ=F螺栓/3S螺栓=57.41MPa。

M27螺栓许用应力[σ]=σs/n=382MPa（n为安全系数）。

验算可得强度符合要求，车库处于安全的状态。

4.2 车库最大偏载且处于动载状态

作用在地脚螺栓上的拉力F螺栓=17895N。

该拉力平均作用在3个M27的螺栓上，螺栓有效横截面积S螺栓=459mm2，则每个螺栓的应力σ=F螺栓/3S螺栓=389.88MPa。

M27螺栓许用应力[σ]=σs/n=382MPa（n为安全系数）。

验算可得强度不符合要求，在这种载荷状态下，车库地脚螺栓超过了它能承受的应力的极限，螺栓将会断裂失效，造成车库的整体倾覆，引发严重的事故。

5  结语

经过计算得出，在台风或者突发大风的情况下，空载垂直循环车库抗倾覆性能符合要求，但是当车库处于最大偏载，且承受动载荷时，地脚螺栓无法承受对应的拉力，车库有整体倾覆的风险，所以当台风或者短时大风等灾害天气来临时，使用单位要做好清空立体车库，防止车库运行的防护措施，如此才能最大可能防止车库倾覆引发危险。

参考文献

[1] 武志峰，王万雷，王国巧.垂直循环式立体车库控制系统设计[J].大连民族大学学报，2019，21（1）：25-28.

[2] 樊国秋，黄晨，罗琴娟.基于单片机的垂直循环式立体车库的研究与设计[J].机械研究与应用，2018，31（6）：67-70.

[3] 张启辉，苏东海.垂直循环式立体车库液压控制系统的特性分析[J].机械工程与自动化，2018（5）：176-178.